Νευροεπιστήμες - εξ αποστάσεως εκπαίδευση. Νέοι επιστήμονες: ο νευροεπιστήμονας Anatoly Buchin για τα καλαμάρια, τη μοντελοποίηση του εγκεφάλου και τα καθημερινά οφέλη της νευροεπιστήμης Πού σπουδάζουν για να γίνουν νευροεπιστήμονες;

Οικολογία της συνείδησης: Ζωή. Έχει αποδειχθεί απολύτως ότι ο εγκέφαλός μας είναι ένα άγρια πλαστικό πράγμα και η ατομική προπόνηση τον επηρεάζει σοβαρά - σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό από τις έμφυτες προδιαθέσεις.

Σε σύγκριση με τα μικρά άλλων ζώων, μπορούμε να πούμε ότι ένα άτομο γεννιέται με υπανάπτυκτο εγκέφαλο:Η μάζα του σε ένα νεογέννητο είναι μόνο το 30% της μάζας του εγκεφάλου των ενηλίκων. Οι εξελικτικοί βιολόγοι προτείνουν ότι πρέπει να γεννηθούμε πρόωροι για να αναπτυχθεί ο εγκέφαλός μας αλληλεπιδρώντας με το περιβάλλον. Η επιστημονική δημοσιογράφος Asya Kazantseva στη διάλεξη "Γιατί να μάθει ο εγκέφαλος;" στο πλαίσιο του προγράμματος «Art Education 17/18» μίλησε

Σχετικά με τη μαθησιακή διαδικασία από τη σκοπιά της νευροβιολογίας

και εξήγησε πώς αλλάζει ο εγκέφαλος υπό την επίδραση της εμπειρίας, καθώς και πώς ο ύπνος και η τεμπελιά είναι χρήσιμες κατά τη διάρκεια της μελέτης.

Ποιος μελετά το φαινόμενο της μάθησης

Το ερώτημα γιατί ο εγκέφαλος χρειάζεται να μαθαίνει αντιμετωπίζεται από τουλάχιστον δύο σημαντικές επιστήμες - τη νευροβιολογία και την πειραματική ψυχολογία. Η νευροβιολογία, η οποία μελετά το νευρικό σύστημα και τι συμβαίνει στον εγκέφαλο στο επίπεδο των νευρώνων τη στιγμή της μάθησης, δεν λειτουργεί συνήθως με ανθρώπους, αλλά με αρουραίους, σαλιγκάρια και σκουλήκια. Οι πειραματικοί ψυχολόγοι προσπαθούν να καταλάβουν ποια πράγματα επηρεάζουν τη μαθησιακή ικανότητα ενός ατόμου: για παράδειγμα, του αναθέτουν μια σημαντική εργασία που δοκιμάζει τη μνήμη ή τη μαθησιακή του ικανότητα και βλέπουν πώς το αντιμετωπίζει. Οι επιστήμες αυτές έχουν αναπτυχθεί εντατικά τα τελευταία χρόνια.

Αν κοιτάξουμε τη μάθηση από τη σκοπιά της πειραματικής ψυχολογίας, είναι χρήσιμο να θυμόμαστε ότι αυτή η επιστήμη είναι ο κληρονόμος του συμπεριφορισμού και οι συμπεριφοριστές πίστευαν ότι ο εγκέφαλος είναι ένα μαύρο κουτί και βασικά δεν τους ενδιέφερε τι συμβαίνει σε αυτό. . Αντιλήφθηκαν τον εγκέφαλο ως ένα σύστημα που μπορεί να επηρεαστεί από ερεθίσματα, μετά από το οποίο συμβαίνει κάποιο είδος μαγείας σε αυτόν και αντιδρά με συγκεκριμένο τρόπο σε αυτά τα ερεθίσματα. Οι συμπεριφοριστές ενδιαφέρθηκαν για το πώς μπορεί να μοιάζει αυτή η αντίδραση και τι θα μπορούσε να την επηρεάσει. Το πίστευανΗ μάθηση είναι μια αλλαγή στη συμπεριφορά ως αποτέλεσμα της κατάκτησης νέων πληροφοριών

Αυτός ο ορισμός εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως στη γνωστική επιστήμη. Ας πούμε, αν ένας μαθητής έδινε στον Καντ να διαβάσει και θυμόταν ότι υπάρχει «έναστρος ουρανός πάνω από το κεφάλι του και ένας ηθικός νόμος μέσα μου», το είπε αυτό στην εξέταση και του δόθηκε ένα «Α», τότε έχει γίνει μάθηση. .

Από την άλλη, ο ίδιος ορισμός ισχύει και για τη συμπεριφορά του θαλάσσιου λαγού (Aplysia). Οι νευροεπιστήμονες πραγματοποιούν συχνά πειράματα με αυτό το μαλάκιο. Εάν σοκάρετε μια Aplysia στην ουρά της, αρχίζει να φοβάται τη γύρω πραγματικότητα και να ανασύρει τα βράγχια της ως απάντηση σε αδύναμα ερεθίσματα που δεν φοβόταν πριν. Έτσι, βιώνει επίσης μια αλλαγή στη συμπεριφορά και τη μάθηση. Αυτός ο ορισμός μπορεί να εφαρμοστεί σε ακόμα πιο απλά βιολογικά συστήματα. Ας φανταστούμε ένα σύστημα δύο νευρώνων που συνδέονται με μία επαφή. Αν του εφαρμόσουμε δύο ασθενείς παλμούς ρεύματος, τότε η αγωγιμότητά του θα αλλάξει προσωρινά και θα γίνει ευκολότερο για έναν νευρώνα να στείλει σήματα σε έναν άλλο. Αυτό είναι επίσης μάθηση στο επίπεδο αυτού του μικρού βιολογικού συστήματος. Έτσι, από τη μάθηση που παρατηρούμε στην εξωτερική πραγματικότητα, μπορούμε να χτίσουμε μια γέφυρα σε αυτό που συμβαίνει στον εγκέφαλο. Περιέχει νευρώνες, αλλαγές στις οποίες επηρεάζουν την απόκρισή μας στο περιβάλλον, δηλαδή τη μάθηση που έχει συμβεί.

Πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος

Αλλά για να μιλήσετε για τον εγκέφαλο, πρέπει να έχετε μια βασική κατανόηση του πώς λειτουργεί. Άλλωστε, ο καθένας μας έχει αυτά τα ενάμισι κιλό νευρικού ιστού στο κεφάλι του. Ο εγκέφαλος αποτελείται από 86 δισεκατομμύρια νευρικά κύτταρα, ή νευρώνες.Ένας τυπικός νευρώνας έχει ένα κυτταρικό σώμα με πολλές διεργασίες. Μερικές από τις διεργασίες είναι δενδρίτες, οι οποίοι συλλέγουν πληροφορίες και τις μεταδίδουν στον νευρώνα. Και μια μακρά διαδικασία, ο άξονας, τη μεταδίδει στα επόμενα κύτταρα. Η μεταφορά πληροφοριών μέσα σε ένα νευρικό κύτταρο σημαίνει μια ηλεκτρική ώθηση που ταξιδεύει κατά μήκος της διαδικασίας, σαν μέσα από ένα καλώδιο. Ένας νευρώνας επικοινωνεί με έναν άλλο μέσω ενός σημείου επαφής που ονομάζεται «σύναψη», το σήμα ταξιδεύει μέσω χημικών ουσιών. Η ηλεκτρική ώθηση οδηγεί στην απελευθέρωση μορίων νευροδιαβιβαστών: σεροτονίνης, ντοπαμίνης, ενδορφινών. Διαρρέουν μέσω της συναπτικής σχισμής, επηρεάζουν τους υποδοχείς του επόμενου νευρώνα και αλλάζει τη λειτουργική του κατάσταση - για παράδειγμα, ανοίγουν κανάλια στη μεμβράνη του μέσω των οποίων αρχίζουν να περνούν ιόντα νατρίου, χλωρίου, ασβεστίου, καλίου κ.λπ. σε αυτό, με τη σειρά του, σχηματίζεται επίσης μια διαφορά δυναμικού σε αυτό, και το ηλεκτρικό σήμα πηγαίνει περαιτέρω, στο επόμενο κελί.

Αλλά όταν μια κυψέλη μεταδίδει ένα σήμα σε μια άλλη κυψέλη, αυτό τις περισσότερες φορές δεν αρκεί για τυχόν αξιοσημείωτες αλλαγές στη συμπεριφορά, επειδή ένα σήμα μπορεί επίσης να προκύψει τυχαία λόγω ορισμένων διαταραχών στο σύστημα. Για την ανταλλαγή πληροφοριών, τα κύτταρα μεταδίδουν πολλά σήματα μεταξύ τους. Η κύρια παράμετρος κωδικοποίησης στον εγκέφαλο είναι η συχνότητα των παλμών: όταν ένα κύτταρο θέλει να μεταδώσει κάτι σε ένα άλλο κύτταρο, αρχίζει να στέλνει εκατοντάδες σήματα ανά δευτερόλεπτο. Παρεμπιπτόντως, οι αρχικοί μηχανισμοί έρευνας από τις δεκαετίες του 1960 και του 1970 παρήγαγαν ένα ηχητικό σήμα. Ένα ηλεκτρόδιο εμφυτεύτηκε στον εγκέφαλο ενός πειραματόζωου και από την ταχύτητα του θορύβου του πολυβόλου που ακουγόταν στο εργαστήριο, μπορούσε κανείς να καταλάβει πόσο ενεργός ήταν ο νευρώνας.

Το σύστημα κωδικοποίησης συχνότητας παλμών λειτουργεί σε διαφορετικά επίπεδα μετάδοσης πληροφοριών - ακόμη και σε επίπεδο απλών οπτικών σημάτων. Έχουμε κώνους στον αμφιβληστροειδή μας που ανταποκρίνονται σε διαφορετικά μήκη κύματος: κοντό (στο σχολικό εγχειρίδιο λέγονται μπλε), μεσαίο (πράσινο) και μακρύ (κόκκινο). Όταν ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός εισέρχεται στον αμφιβληστροειδή, διαφορετικοί κώνοι διεγείρονται σε διαφορετικούς βαθμούς. Και αν το κύμα είναι μακρύ, τότε ο κόκκινος κώνος αρχίζει να στέλνει εντατικά ένα σήμα στον εγκέφαλο, ώστε να καταλάβετε ότι το χρώμα είναι κόκκινο. Ωστόσο, όλα δεν είναι τόσο απλά εδώ: το φάσμα της ευαισθησίας των κώνων επικαλύπτεται και το πράσινο προσποιείται επίσης ότι είδε κάτι τέτοιο. Τότε ο εγκέφαλος το αναλύει μόνος του.

Πώς παίρνει αποφάσεις ο εγκέφαλος

Αρχές παρόμοιες με αυτές που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη μηχανική έρευνα και πειράματα σε ζώα με εμφυτευμένα ηλεκτρόδια μπορούν να εφαρμοστούν σε πολύ πιο περίπλοκες συμπεριφορικές πράξεις. Για παράδειγμα, στον εγκέφαλο υπάρχει ένα λεγόμενο κέντρο ευχαρίστησης - ο επικλινής πυρήνας. Όσο πιο ενεργή είναι αυτή η περιοχή, τόσο περισσότερο αρέσει στο άτομο αυτό που βλέπει και τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα να θέλει να το αγοράσει ή, για παράδειγμα, να το φάει. Πειράματα με τομογράφο δείχνουν ότι με βάση μια συγκεκριμένη δραστηριότητα του επικλινούς πυρήνα, είναι δυνατόν να πούμε ακόμη και πριν κάποιος εκφράσει την απόφασή του, ας πούμε, σχετικά με την αγορά μιας μπλούζας, αν θα την αγοράσει ή όχι. Όπως λέει ο εξαιρετικός νευροεπιστήμονας Vasily Klyucharyov, κάνουμε τα πάντα για να ευχαριστήσουμε τους νευρώνες μας στον επικλινή πυρήνα.

Η δυσκολία είναι ότι στον εγκέφαλό μας δεν υπάρχει ενότητα κρίσης· κάθε τμήμα μπορεί να έχει τη δική του άποψη για το τι συμβαίνει. Η ιστορία παρόμοια με τα σπόρια του κώνου στον αμφιβληστροειδή επαναλαμβάνεται με πιο περίπλοκα πράγματα. Ας πούμε ότι είδες μια μπλούζα, σου άρεσε και ο επικλινής πυρήνας σου εκπέμπει σήματα. Από την άλλη πλευρά, αυτή η μπλούζα κοστίζει 9 χιλιάδες ρούβλια και ο μισθός είναι ακόμα μια εβδομάδα μακριά - και τότε η αμυγδαλή σας, ή η αμυγδαλή σας (το κέντρο που σχετίζεται κυρίως με αρνητικά συναισθήματα), αρχίζει να εκπέμπει τις ηλεκτρικές της παρορμήσεις: «Ακούστε, υπάρχει δεν έμειναν αρκετά χρήματα. Αν αγοράσουμε αυτή τη μπλούζα τώρα, θα έχουμε προβλήματα». Ο μετωπιαίος φλοιός αποφασίζει ανάλογα με το ποιος φωνάζει πιο δυνατά - ο επικλινής πυρήνας ή η αμυγδαλή. Και εδώ είναι επίσης σημαντικό ότι κάθε φορά στη συνέχεια μπορούμε να αναλύουμε τις συνέπειες στις οποίες οδήγησε αυτή η απόφαση. Το γεγονός είναι ότι ο μετωπιαίος φλοιός επικοινωνεί με την αμυγδαλή, τον επικλινή πυρήνα και τα μέρη του εγκεφάλου που σχετίζονται με τη μνήμη: του λένε τι συνέβη μετά την τελευταία φορά που πήραμε μια τέτοια απόφαση. Ανάλογα με αυτό, ο μετωπιαίος φλοιός μπορεί να δώσει μεγαλύτερη προσοχή σε αυτά που του λένε η αμυγδαλή και ο επικλινής πυρήνας. Έτσι μπορεί να αλλάξει ο εγκέφαλος υπό την επίδραση της εμπειρίας.

Γιατί γεννιόμαστε με μικρά μυαλά;

Όλα τα ανθρώπινα παιδιά γεννιούνται υπανάπτυκτα, κυριολεκτικά πρόωρα σε σύγκριση με τα μικρά οποιουδήποτε άλλου είδους. Κανένα ζώο δεν έχει τόσο μεγάλη παιδική ηλικία όσο ο άνθρωπος και δεν έχει απογόνους που να γεννιούνται με τόσο μικρό εγκέφαλο σε σχέση με τη μάζα του εγκεφάλου των ενηλίκων: σε ένα ανθρώπινο νεογέννητο είναι μόνο 30%.

Όλοι οι ερευνητές συμφωνούν ότι αναγκαζόμαστε να γεννάμε ανθρώπους ανώριμους λόγω του εντυπωσιακού μεγέθους του εγκεφάλου τους. Η κλασική εξήγηση είναι το μαιευτικό δίλημμα, δηλαδή η ιστορία της σύγκρουσης μεταξύ όρθιας στάσης και μεγάλου κεφαλιού. Για να γεννήσετε ένα μωρό με τόσο κεφάλι και μεγάλο εγκέφαλο, πρέπει να έχετε φαρδιά ισχία, αλλά είναι αδύνατο να τα διευρύνετε επ 'αόριστον, γιατί αυτό θα παρεμποδίσει το περπάτημα. Σύμφωνα με την ανθρωπολόγο Holly Dunsworth, για να γεννηθούν πιο ώριμα παιδιά, θα αρκούσε να αυξηθεί το πλάτος του καναλιού γέννησης μόνο κατά τρία εκατοστά, αλλά η εξέλιξη σταμάτησε κάποια στιγμή την επέκταση των γοφών. Οι εξελικτικοί βιολόγοι έχουν προτείνει ότι ίσως πρέπει να γεννηθούμε πρόωροι για να αναπτυχθεί ο εγκέφαλός μας σε αλληλεπίδραση με το εξωτερικό περιβάλλον, καθώς η μήτρα στο σύνολό της είναι αρκετά αραιή σε ερεθίσματα.

Υπάρχει μια διάσημη μελέτη των Blackmore και Cooper. Στη δεκαετία του '70, έκαναν πειράματα με γατάκια: τα κράτησαν στο σκοτάδι τις περισσότερες φορές και τα έβαζαν σε έναν αναμμένο κύλινδρο για πέντε ώρες την ημέρα, όπου έλαβαν μια ασυνήθιστη εικόνα του κόσμου. Μια ομάδα γατάκια έβλεπε μόνο οριζόντιες ρίγες για αρκετούς μήνες, ενώ μια άλλη ομάδα είδε μόνο κάθετες ρίγες. Ως αποτέλεσμα, τα γατάκια είχαν μεγάλα προβλήματα με την αντίληψη της πραγματικότητας. Κάποιοι έπεσαν στα πόδια των καρεκλών επειδή δεν έβλεπαν κάθετες γραμμές, άλλοι αγνόησαν τις οριζόντιες με τον ίδιο τρόπο - για παράδειγμα, δεν κατάλαβαν ότι το τραπέζι είχε άκρη. Δοκιμάστηκαν και έπαιξαν με ένα ραβδί. Εάν ένα γατάκι μεγάλωσε ανάμεσα σε οριζόντιες γραμμές, τότε βλέπει και πιάνει το οριζόντιο ραβδί, αλλά απλά δεν παρατηρεί το κάθετο. Στη συνέχεια εμφύτευσαν ηλεκτρόδια στον εγκεφαλικό φλοιό των γατών και εξέτασαν πώς έπρεπε να γέρνει το ραβδί έτσι ώστε οι νευρώνες να αρχίσουν να εκπέμπουν σήματα. Είναι σημαντικό να μην συμβεί τίποτα σε μια ενήλικη γάτα κατά τη διάρκεια ενός τέτοιου πειράματος, αλλά ο κόσμος ενός μικρού γατάκι, του οποίου ο εγκέφαλός μόλις μαθαίνει να αντιλαμβάνεται πληροφορίες, μπορεί να παραμορφωθεί για πάντα ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας εμπειρίας. Οι νευρώνες που δεν έχουν επηρεαστεί ποτέ σταματούν να λειτουργούν.

Έχουμε συνηθίσει να πιστεύουμε ότι όσο περισσότερες συνδέσεις υπάρχουν μεταξύ διαφορετικών νευρώνων και τμημάτων του ανθρώπινου εγκεφάλου, τόσο το καλύτερο. Αυτό είναι αλήθεια, αλλά με ορισμένες επιφυλάξεις. Είναι απαραίτητο όχι μόνο να υπάρχουν πολλές συνδέσεις, αλλά να έχουν κάποια σχέση με την πραγματική ζωή.Ένα παιδί ενάμιση ετών έχει πολύ περισσότερες συνάψεις, δηλαδή επαφές μεταξύ νευρώνων στον εγκέφαλο, από έναν καθηγητή του Χάρβαρντ ή της Οξφόρδης. Το πρόβλημα είναι ότι αυτοί οι νευρώνες συνδέονται χαοτικά. Σε νεαρή ηλικία, ο εγκέφαλος ωριμάζει γρήγορα και τα κύτταρά του σχηματίζουν δεκάδες χιλιάδες συνάψεις μεταξύ όλων και των πάντων. Κάθε νευρώνας εξαπλώνει τις διαδικασίες του προς όλες τις κατευθύνσεις και προσκολλώνται σε ό,τι μπορούν να φτάσουν. Στη συνέχεια, όμως, μπαίνει στο παιχνίδι η αρχή «χρησιμοποιήστε το ή χάστε το». Ο εγκέφαλος ζει στο περιβάλλον και προσπαθεί να αντεπεξέλθει σε διάφορες εργασίες: το παιδί διδάσκεται να συντονίζει τις κινήσεις, να πιάνει μια κουδουνίστρα κ.λπ. Όταν του δείχνουν πώς να τρώει με ένα κουτάλι, στον φλοιό του παραμένουν συνδέσεις που είναι χρήσιμες για φαγητό ένα κουτάλι, αφού μέσω αυτών έδιωξε νευρικές παρορμήσεις. Και οι συνδέσεις που ευθύνονται για το χάος σε όλο το δωμάτιο γίνονται λιγότερο έντονες επειδή οι γονείς δεν ενθαρρύνουν τέτοιες ενέργειες.

Οι διαδικασίες ανάπτυξης των συνάψεων έχουν μελετηθεί αρκετά καλά σε μοριακό επίπεδο. Ο Έρικ Καντέλ τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ για την ιδέα του να μελετά τη μνήμη σε μη ανθρώπινα θέματα. Ένα άτομο έχει 86 δισεκατομμύρια νευρώνες και μέχρι ένας επιστήμονας να καταλάβει αυτούς τους νευρώνες, θα έπρεπε να εξαντλήσει εκατοντάδες θέματα. Και επειδή κανείς δεν επιτρέπει σε τόσους πολλούς ανθρώπους να ανοίξουν το μυαλό τους για να δουν πώς έμαθαν να κρατούν ένα κουτάλι, ο Kandel σκέφτηκε να δουλέψει με σαλιγκάρια. Το Aplysia είναι ένα εξαιρετικά βολικό σύστημα: μπορείτε να εργαστείτε με αυτό μελετώντας μόνο τέσσερις νευρώνες. Στην πραγματικότητα, αυτό το μαλάκιο έχει περισσότερους νευρώνες, αλλά το παράδειγμά του καθιστά πολύ πιο εύκολο τον εντοπισμό συστημάτων που σχετίζονται με τη μάθηση και τη μνήμη. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ο Kandel συνειδητοποίησε ότι η βραχυπρόθεσμη μνήμη είναι μια προσωρινή αύξηση της αγωγιμότητας των υπαρχουσών συνάψεων και η μακροπρόθεσμη μνήμη συνίσταται στην ανάπτυξη νέων συναπτικών συνδέσεων.

Αυτό αποδείχθηκε ότι ισχύει και για τους ανθρώπους - είναι σαν να περπατάμε στο γρασίδι. Στην αρχή δεν μας νοιάζει που θα πάμε στο χωράφι, αλλά σταδιακά φτιάχνουμε ένα μονοπάτι, το οποίο μετά μετατρέπεται σε χωματόδρομο, και μετά σε ασφαλτοστρωμένο δρόμο και αυτοκινητόδρομο με τρεις λωρίδες κυκλοφορίας με φώτα. Με παρόμοιο τρόπο, τα νευρικά ερεθίσματα κάνουν τα δικά τους μονοπάτια στον εγκέφαλο.

Πώς σχηματίζονται οι σύλλογοι

Ο εγκέφαλός μας έχει σχεδιαστεί με αυτόν τον τρόπο: σχηματίζει συνδέσεις μεταξύ γεγονότων που συμβαίνουν ταυτόχρονα.Τυπικά, κατά τη μετάδοση μιας νευρικής ώθησης, απελευθερώνονται νευροδιαβιβαστές που δρουν στον υποδοχέα και η ηλεκτρική ώθηση πηγαίνει στον επόμενο νευρώνα. Αλλά υπάρχει ένας υποδοχέας που δεν λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο, ονομάζεται NMDA. Αυτός είναι ένας από τους βασικούς υποδοχείς για το σχηματισμό μνήμης σε μοριακό επίπεδο. Η ιδιαιτερότητά του είναι ότι λειτουργεί αν το σήμα έρχεται και από τις δύο πλευρές ταυτόχρονα.

Όλοι οι νευρώνες οδηγούν κάπου.Κάποιος μπορεί να οδηγήσει σε ένα μεγάλο νευρωνικό δίκτυο που συνδέεται με τον ήχο ενός μοντέρνου τραγουδιού σε ένα καφέ. Και άλλα - σε άλλο δίκτυο που σχετίζεται με το γεγονός ότι πήγατε ραντεβού. Ο εγκέφαλος είναι σχεδιασμένος να συνδέει την αιτία και το αποτέλεσμα· σε ανατομικό επίπεδο, είναι σε θέση να θυμάται ότι υπάρχει μια σύνδεση μεταξύ ενός τραγουδιού και ενός ραντεβού. Ο υποδοχέας ενεργοποιείται και επιτρέπει στο ασβέστιο να περάσει. Αρχίζει να εισέρχεται σε έναν τεράστιο αριθμό μοριακών καταρρακτών που οδηγούν στη λειτουργία κάποιων προηγουμένως ανενεργών γονιδίων. Αυτά τα γονίδια πραγματοποιούν τη σύνθεση νέων πρωτεϊνών και μια άλλη σύναψη αναπτύσσεται. Με αυτόν τον τρόπο, η σύνδεση μεταξύ του νευρωνικού δικτύου που είναι υπεύθυνο για το τραγούδι και του δικτύου που είναι υπεύθυνο για την ημερομηνία γίνεται ισχυρότερη. Τώρα ακόμη και ένα αδύναμο σήμα αρκεί για να στείλει μια νευρική ώθηση και να σχηματίσει έναν συσχετισμό.

Πώς η μάθηση επηρεάζει τον εγκέφαλο

Υπάρχει μια διάσημη ιστορία για τους οδηγούς ταξί του Λονδίνου. Δεν ξέρω πώς είναι τώρα, αλλά κυριολεκτικά πριν από μερικά χρόνια, για να γίνεις πραγματικός ταξιτζής στο Λονδίνο, έπρεπε να περάσεις εξετάσεις προσανατολισμού στην πόλη χωρίς πλοηγό - δηλαδή να ξέρεις τουλάχιστον δύο και μισή χιλιάδα δρόμοι, κυκλοφορία μονής κατεύθυνσης, οδικές πινακίδες, απαγορεύσεις στάσης, και επίσης να είναι σε θέση να χτίσει τη βέλτιστη διαδρομή. Επομένως, για να γίνει οδηγός ταξί στο Λονδίνο, οι άνθρωποι παρακολούθησαν μαθήματα για αρκετούς μήνες. Οι ερευνητές στρατολόγησαν τρεις ομάδες ανθρώπων. Μια ομάδα είναι αυτοί που έχουν εγγραφεί σε μαθήματα για να γίνουν οδηγοί ταξί. Η δεύτερη ομάδα είναι όσοι παρακολούθησαν επίσης μαθήματα, αλλά τα παράτησαν. Και οι άνθρωποι από την τρίτη ομάδα δεν σκέφτηκαν καν να γίνουν οδηγοί ταξί. Οι επιστήμονες έκαναν και στις τρεις ομάδες αξονικές τομογραφίες για να εξετάσουν την πυκνότητα της φαιάς ουσίας στον ιππόκαμπο. Αυτή είναι μια σημαντική περιοχή του εγκεφάλου που σχετίζεται με το σχηματισμό μνήμης και τη χωρική σκέψη. Διαπιστώθηκε ότι εάν ένα άτομο δεν ήθελε να γίνει οδηγός ταξί ή ήθελε, αλλά δεν το έκανε, τότε η πυκνότητα της φαιάς ουσίας στον ιππόκαμπό του παρέμενε η ίδια. Αλλά αν ήθελε να γίνει οδηγός ταξί, ολοκλήρωσε την εκπαίδευση και κατέκτησε πραγματικά ένα νέο επάγγελμα, τότε η πυκνότητα της φαιάς ουσίας αυξήθηκε κατά ένα τρίτο - αυτό είναι πολύ.

Και παρόλο που δεν είναι απολύτως σαφές πού είναι η αιτία και πού είναι το αποτέλεσμα (είτε οι άνθρωποι κατέκτησαν πραγματικά μια νέα δεξιότητα, είτε αυτή η περιοχή του εγκεφάλου είχε αρχικά αναπτυχθεί καλά γι 'αυτούς και επομένως ήταν εύκολο να μάθουν) Ο εγκέφαλός μας είναι σίγουρα ένα άγρια πλαστικό πράγμα και η ατομική προπόνηση τον επηρεάζει σοβαρά - σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό από τις έμφυτες προδιαθέσεις. Είναι σημαντικό ότι ακόμη και στα 60 χρόνια η μάθηση επηρεάζει τον εγκέφαλο. Φυσικά, όχι τόσο αποτελεσματικά και γρήγορα όσο στα 20, αλλά γενικά ο εγκέφαλος διατηρεί κάποια ικανότητα για πλαστικότητα σε όλη τη ζωή.

Γιατί πρέπει ο εγκέφαλος να είναι τεμπέλης και να κοιμάται;

Όταν ο εγκέφαλος μαθαίνει κάτι, αναπτύσσει νέες συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων.Και αυτή η διαδικασία είναι αργή και δαπανηρή· απαιτεί να ξοδέψετε πολλές θερμίδες, ζάχαρη, οξυγόνο και ενέργεια. Γενικά, ο ανθρώπινος εγκέφαλος, παρά το γεγονός ότι το βάρος του είναι μόνο το 2% του βάρους ολόκληρου του σώματος, καταναλώνει περίπου το 20% όλης της ενέργειας που λαμβάνουμε. Επομένως, όποτε είναι δυνατόν, προσπαθεί να μην μάθει τίποτα, να μην σπαταλήσει ενέργεια. Είναι πραγματικά πολύ ωραίο από μέρους του, γιατί αν απομνημονεύαμε όλα όσα βλέπουμε κάθε μέρα, θα τρελανόμασταν πολύ γρήγορα.

Στη μάθηση, από την άποψη του εγκεφάλου, υπάρχουν δύο θεμελιωδώς σημαντικά σημεία. Το πρώτο είναι ότι, Όταν κατακτούμε οποιαδήποτε δεξιότητα, γίνεται πιο εύκολο για εμάς να κάνουμε τα πράγματα σωστά παρά λάθος.Για παράδειγμα, μαθαίνεις να οδηγείς ένα αυτοκίνητο με χειροκίνητο κιβώτιο ταχυτήτων και στην αρχή δεν σε νοιάζει αν θα περάσεις από το πρώτο στο δεύτερο ή από το πρώτο στο τέταρτο. Για το χέρι και τον εγκέφαλό σας, όλες αυτές οι κινήσεις είναι εξίσου πιθανές. Δεν έχει σημασία για εσάς με ποιον τρόπο θα στείλετε τις νευρικές σας παρορμήσεις. Και όταν είστε ήδη πιο έμπειρος οδηγός, είναι σωματικά πιο εύκολο για εσάς να αλλάξετε σωστά σχέσεις. Εάν μπείτε σε ένα αυτοκίνητο με θεμελιωδώς διαφορετική σχεδίαση, θα πρέπει και πάλι να σκεφτείτε και να ελέγξετε με προσπάθεια θέλησης, έτσι ώστε η παρόρμηση να μην πάει στην πεπατημένη διαδρομή.

Δεύτερο σημαντικό σημείο:

το κύριο πράγμα στη μάθηση είναι ο ύπνος

Έχει πολλές λειτουργίες: διατήρηση της υγείας, του ανοσοποιητικού, του μεταβολισμού και διάφορες πτυχές της λειτουργίας του εγκεφάλου. Αλλά όλοι οι νευροεπιστήμονες συμφωνούν αυτό Η πιο σημαντική λειτουργία του ύπνου είναι η εργασία με πληροφορίες και μάθηση.Όταν έχουμε κατακτήσει μια δεξιότητα, θέλουμε να σχηματίσουμε μακροπρόθεσμη μνήμη. Οι νέες συνάψεις χρειάζονται αρκετές ώρες για να αναπτυχθούν· αυτή είναι μια μακρά διαδικασία και είναι πιο βολικό για τον εγκέφαλο να το κάνει αυτό ακριβώς όταν δεν είστε απασχολημένοι με τίποτα. Κατά τη διάρκεια του ύπνου, ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις πληροφορίες που λαμβάνει κατά τη διάρκεια της ημέρας και διαγράφει ό,τι πρέπει να ξεχαστεί από αυτές.

Υπάρχει ένα πείραμα με αρουραίους όπου τους έμαθαν να περπατούν μέσα από έναν λαβύρινθο με ηλεκτρόδια εμφυτευμένα στον εγκέφαλό τους και διαπίστωσαν ότι στον ύπνο τους επανέλαβαν τη διαδρομή τους μέσα από τον λαβύρινθο και την επόμενη μέρα περπάτησαν κατά μήκος του καλύτερα. Πολλές ανθρώπινες δοκιμές έχουν δείξει ότι όσα μαθαίνουμε πριν πάμε για ύπνο θυμόμαστε καλύτερα από αυτά που μαθαίνουμε το πρωί. Αποδεικνύεται ότι οι μαθητές που αρχίζουν να προετοιμάζονται για τις εξετάσεις κάπου κοντά στα μεσάνυχτα τα κάνουν όλα σωστά. Για τον ίδιο λόγο, είναι σημαντικό να σκέφτεστε τα προβλήματα πριν πάτε για ύπνο. Φυσικά, θα είναι πιο δύσκολο να κοιμηθούμε, αλλά θα κατεβάσουμε την ερώτηση στον εγκέφαλο και ίσως το πρωί έρθει κάποια λύση. Παρεμπιπτόντως, τα όνειρα είναι πιθανότατα απλώς μια παρενέργεια της επεξεργασίας πληροφοριών.

Το πώς η μάθηση εξαρτάται από τα συναισθήματα

Η μάθηση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την προσοχή, επειδή στοχεύει να στέλνει παλμούς ξανά και ξανά σε συγκεκριμένες διαδρομές του νευρωνικού δικτύου. Από έναν τεράστιο όγκο πληροφοριών, εστιάζουμε σε κάτι και το μεταφέρουμε στη μνήμη εργασίας.Τότε αυτό στο οποίο εστιάζουμε καταλήγει στη μακροπρόθεσμη μνήμη. Μπορεί να έχετε καταλάβει ολόκληρη τη διάλεξή μου, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι θα σας είναι εύκολο να την ξαναπείτε. Και αν σχεδιάσετε ένα ποδήλατο σε ένα κομμάτι χαρτί αυτή τη στιγμή, αυτό δεν σημαίνει ότι θα οδηγήσει καλά. Οι άνθρωποι τείνουν να ξεχνούν σημαντικές λεπτομέρειες, ειδικά αν δεν είναι ειδικοί στο ποδήλατο.

Τα παιδιά είχαν πάντα προβλήματα με την προσοχή. Τώρα όμως με αυτή την έννοια όλα γίνονται πιο απλά. Στη σύγχρονη κοινωνία, η συγκεκριμένη πραγματική γνώση δεν είναι πλέον τόσο απαραίτητη - υπάρχει απλώς μια απίστευτη ποσότητα. Πολύ πιο σημαντική είναι η ικανότητα γρήγορης πλοήγησης στις πληροφορίες και διάκρισης αξιόπιστων πηγών από αναξιόπιστες. Σχεδόν δεν χρειάζεται πλέον να συγκεντρωνόμαστε στο ίδιο πράγμα για μεγάλο χρονικό διάστημα και να θυμόμαστε μεγάλες ποσότητες πληροφοριών - Είναι πιο σημαντικό να αλλάζετε γρήγορα.Επιπλέον, όλο και περισσότερα επαγγέλματα εμφανίζονται πλέον μόνο για άτομα που δυσκολεύονται περισσότερο να συγκεντρωθούν.

Υπάρχει ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τη μάθηση - τα συναισθήματα. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι γενικά το κύριο πράγμα που είχαμε για πολλά εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, ακόμη και πριν μεγαλώσουμε όλο αυτόν τον τεράστιο μετωπιαίο φλοιό. Αξιολογούμε την αξία της κατάκτησης μιας συγκεκριμένης δεξιότητας από την άποψη του αν μας κάνει ευτυχισμένους ή όχι. Επομένως, είναι υπέροχο αν καταφέρουμε να εμπλέκουμε τους βασικούς βιολογικούς συναισθηματικούς μας μηχανισμούς στη μάθηση. Για παράδειγμα, η οικοδόμηση ενός συστήματος κινήτρων στο οποίο ο μετωπιαίος φλοιός δεν πιστεύει ότι πρέπει να μάθουμε κάτι μέσω επιμονής και αποφασιστικότητας, αλλά στο οποίο ο επικλινής πυρήνας λέει ότι απλώς απολαμβάνει αυτή τη δραστηριότητα.

Ανατόλι Μπούτσιν

Πού σπούδασε: Φυσική και Μηχανική Σχολή του Πολυτεχνείου, Ecole Normale Supérieure στο Παρίσι. Επί του παρόντος μεταδιδακτορικός στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον.

Τι σπουδάζει: υπολογιστική νευροεπιστήμη

Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά: παίζει σαξόφωνο και φλάουτο, κάνει γιόγκα, ταξιδεύει πολύ

Το ενδιαφέρον μου για την επιστήμη προέκυψε στην παιδική ηλικία: με γοήτευαν τα έντομα, τα συνέλεξα, μελέτησα τον τρόπο ζωής και τη βιολογία τους. Η μαμά το παρατήρησε και με έφερε στο Εργαστήριο Οικολογίας του Θαλάσσιου Benthos (LEMB) (το βένθος είναι μια συλλογή οργανισμών που ζουν στο έδαφος και στο έδαφος του πυθμένα των δεξαμενών. - Σημείωση εκδ.) στο Παλάτι της Νεανικής Δημιουργικότητας της Πόλης της Αγίας Πετρούπολης. Κάθε καλοκαίρι, από την 6η έως την 11η τάξη, πηγαίναμε σε αποστολές στη Λευκή Θάλασσα στο φυσικό καταφύγιο Kandalaksha για να παρατηρήσουμε ασπόνδυλα ζώα και να μετρήσουμε τον αριθμό τους. Παράλληλα, συμμετείχα σε βιολογικές Ολυμπιάδες για μαθητές και παρουσίασα τα αποτελέσματα της δουλειάς μου σε αποστολές ως επιστημονική έρευνα. Στο Λύκειο, με ενδιέφερε ο προγραμματισμός, αλλά το να τον κάνω αποκλειστικά δεν ήταν πολύ ενδιαφέρον. Ήμουν καλός στη φυσική και αποφάσισα να βρω μια εξειδίκευση που θα συνδύαζε τη φυσική και τη βιολογία. Έτσι κατέληξα στο Πολυτεχνείο.

Η πρώτη φορά που ήρθα στη Γαλλία μετά το προπτυχιακό μου ήταν όταν κέρδισα μια υποτροφία για να σπουδάσω για μεταπτυχιακό πρόγραμμα στο Πανεπιστήμιο René Descartes στο Παρίσι. Έτρεξα εκτενώς σε εργαστήρια και έμαθα να καταγράφω τη νευρωνική δραστηριότητα σε εγκεφαλικές φέτες και να αναλύω τις αποκρίσεις των νευρικών κυττάρων στον οπτικό φλοιό μιας γάτας κατά την παρουσίαση ενός οπτικού ερεθίσματος. Αφού πήρα το μεταπτυχιακό μου, επέστρεψα στην Αγία Πετρούπολη για να ολοκληρώσω τις σπουδές μου στο Πολυτεχνείο. Το τελευταίο έτος του μεταπτυχιακού μου, ο επιβλέπων μου και εγώ ετοιμάσαμε ένα ρωσο-γαλλικό έργο για τη συγγραφή μιας διατριβής και κέρδισα χρηματοδότηση παίρνοντας μέρος στον διαγωνισμό École Normale Supérieure. Τα τελευταία τέσσερα χρόνια εργάστηκα υπό διπλή επιστημονική επίβλεψη - τον Boris Gutkin στο Παρίσι και τον Anton Chizhov στην Αγία Πετρούπολη. Λίγο πριν τελειώσω τη διατριβή μου, πήγα σε ένα συνέδριο στο Σικάγο και έμαθα για μια μεταδιδακτορική θέση στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον. Μετά τη συνέντευξη, αποφάσισα να εργαστώ εδώ για τα επόμενα δύο ή τρία χρόνια: Μου άρεσε το έργο και η νέα μου επιβλέπουσα, Adrienne Fairhall, και είχα παρόμοια επιστημονικά ενδιαφέροντα.

Σχετικά με την υπολογιστική νευροεπιστήμη

Το αντικείμενο μελέτης της υπολογιστικής νευροβιολογίας είναι το νευρικό σύστημα, καθώς και το πιο ενδιαφέρον μέρος του - ο εγκέφαλος. Για να εξηγήσουμε τι σχέση έχει η μαθηματική μοντελοποίηση, πρέπει να μιλήσουμε λίγο για την ιστορία αυτής της νεαρής επιστήμης. Στα τέλη της δεκαετίας του '80, το περιοδικό Science δημοσίευσε ένα άρθρο στο οποίο άρχισαν για πρώτη φορά να μιλούν για την υπολογιστική νευροβιολογία, ένα νέο διεπιστημονικό πεδίο της νευροεπιστήμης που ασχολείται με την περιγραφή πληροφοριών και δυναμικών διεργασιών στο νευρικό σύστημα.

Από πολλές απόψεις, τα θεμέλια αυτής της επιστήμης τέθηκαν από τον βιοφυσικό Alan Hodgkin και τον νευροφυσιολόγο Andrew Huxley (αδελφό του Aldous Huxley. - Σημείωση εκδ.). Μελέτησαν τους μηχανισμούς δημιουργίας και μετάδοσης των νευρικών ερεθισμάτων στους νευρώνες, επιλέγοντας το καλαμάρι ως πρότυπο οργανισμό. Εκείνη την εποχή, τα μικροσκόπια και τα ηλεκτρόδια απείχαν πολύ από τα σύγχρονα και τα καλαμάρια είχαν τόσο χοντρούς άξονες (οι διαδικασίες μέσω των οποίων ταξιδεύουν τα νευρικά ερεθίσματα) που ήταν ορατά ακόμη και με γυμνό μάτι. Αυτό βοήθησε τους άξονες των καλαμαριών να γίνουν ένα χρήσιμο πειραματικό μοντέλο. Η ανακάλυψη των Hodgkin και Huxley ήταν ότι εξήγησαν, χρησιμοποιώντας πείραμα και μαθηματικό μοντέλο, ότι η δημιουργία νευρικής ώθησης πραγματοποιείται αλλάζοντας τη συγκέντρωση των ιόντων νατρίου και καλίου που διέρχονται από τις μεμβράνες των νευρώνων. Στη συνέχεια, αποδείχθηκε ότι αυτός ο μηχανισμός είναι καθολικός για νευρώνες πολλών ζώων, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Ακούγεται ασυνήθιστο, αλλά μελετώντας τα καλαμάρια, οι επιστήμονες μπόρεσαν να μάθουν πώς οι νευρώνες μεταδίδουν πληροφορίες στους ανθρώπους. Ο Hodgkin και ο Huxley έλαβαν το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψή τους το 1963.

Το καθήκον της υπολογιστικής νευροβιολογίας είναι να συστηματοποιήσει έναν τεράστιο όγκο βιολογικών δεδομένων σχετικά με πληροφορίες και δυναμικές διεργασίες που συμβαίνουν στο νευρικό σύστημα. Με την ανάπτυξη νέων μεθόδων για την καταγραφή της νευρικής δραστηριότητας, ο όγκος των δεδομένων για τη λειτουργία του εγκεφάλου αυξάνεται καθημερινά. Ο όγκος του βιβλίου "Principles of Neural Science" του νομπελίστα Έρικ Καντέλ, το οποίο παρουσιάζει βασικές πληροφορίες για την εργασία του εγκεφάλου, αυξάνεται με κάθε νέα έκδοση: το βιβλίο ξεκίνησε με 470 σελίδες και τώρα το μέγεθός του ξεπερνά τις 1.700 σελίδες. Για να συστηματοποιηθεί ένα τόσο τεράστιο σύνολο γεγονότων, χρειάζονται θεωρίες.

Σχετικά με την επιληψία

Περίπου το 1% του παγκόσμιου πληθυσμού πάσχει από επιληψία - δηλαδή 50–60 εκατομμύρια άνθρωποι. Μία από τις ριζικές μεθόδους θεραπείας είναι η αφαίρεση της περιοχής του εγκεφάλου από την οποία ξεκινά η επίθεση. Αλλά δεν είναι τόσο απλό. Περίπου το ήμισυ της επιληψίας στους ενήλικες εμφανίζεται στον κροταφικό λοβό του εγκεφάλου, ο οποίος συνδέεται με τον ιππόκαμπο. Αυτή η δομή είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό νέων αναμνήσεων. Εάν οι δύο ιππόκαμποι ενός ατόμου κοπούν σε κάθε πλευρά του εγκεφάλου του, θα χάσει την ικανότητα να θυμάται νέα πράγματα. Θα είναι σαν μια συνεχής Ημέρα του Groundhog, αφού ένα άτομο θα μπορεί να θυμάται κάτι μόνο για 10 λεπτά. Η ουσία της έρευνάς μου ήταν να προβλέψω λιγότερο ριζοσπαστικούς, αλλά άλλους πιθανούς και αποτελεσματικούς τρόπους καταπολέμησης της επιληψίας. Στη διατριβή μου προσπάθησα να καταλάβω πώς ξεκινά μια κρίση επιληψίας.

Για να καταλάβετε τι συμβαίνει στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια μιας επίθεσης, φανταστείτε ότι ήρθατε σε μια συναυλία και κάποια στιγμή η αίθουσα έσκασε από χειροκροτήματα. Χτυπάτε παλαμάκια με τον δικό σας ρυθμό και οι άνθρωποι γύρω σας χειροκροτούν με διαφορετικό ρυθμό. Αν αρκετοί άνθρωποι αρχίσουν να χειροκροτούν με τον ίδιο τρόπο, θα δυσκολευτείτε να διατηρήσετε τον ρυθμό σας και πιθανότατα θα καταλήξετε να χειροκροτάτε μαζί με όλους τους άλλους. Η επιληψία λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο όταν οι νευρώνες στον εγκέφαλο αρχίζουν να συγχρονίζονται σε μεγάλο βαθμό, δηλαδή να παράγουν παρορμήσεις ταυτόχρονα. Αυτή η διαδικασία συγχρονισμού μπορεί να περιλαμβάνει ολόκληρες περιοχές του εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που ελέγχουν την κίνηση, προκαλώντας επιληπτικές κρίσεις. Αν και οι περισσότερες κρίσεις χαρακτηρίζονται από την απουσία κρίσεων, επειδή η επιληψία δεν εμφανίζεται πάντα στις κινητικές περιοχές.

Ας υποθέσουμε ότι δύο νευρώνες συνδέονται με διεγερτικές συνδέσεις και στις δύο κατευθύνσεις. Ένας νευρώνας στέλνει μια ώθηση σε έναν άλλο, που τον διεγείρει, και στέλνει την ώθηση πίσω. Εάν οι διεγερτικές συνδέσεις είναι πολύ ισχυρές, αυτό θα οδηγήσει σε αύξηση της δραστηριότητας λόγω της ανταλλαγής παρορμήσεων. Κανονικά, αυτό δεν συμβαίνει, αφού υπάρχουν ανασταλτικοί νευρώνες που μειώνουν τη δραστηριότητα των υπερβολικά ενεργών κυττάρων. Αλλά εάν η αναστολή σταματήσει να λειτουργεί σωστά, μπορεί να οδηγήσει σε επιληψία. Αυτό συχνά οφείλεται σε υπερβολική συσσώρευση χλωρίου στους νευρώνες. Στην εργασία μου, ανέπτυξα ένα μαθηματικό μοντέλο ενός δικτύου νευρώνων που μπορεί να μεταβεί σε κατάσταση επιληψίας λόγω της παθολογίας της αναστολής που σχετίζεται με τη συσσώρευση χλωρίου μέσα στους νευρώνες. Σε αυτό με βοήθησαν οι καταγραφές της δραστηριότητας των νευρώνων στον ανθρώπινο ιστό που ελήφθησαν μετά από επεμβάσεις σε επιληπτικούς ασθενείς. Το κατασκευασμένο μοντέλο μας επιτρέπει να ελέγξουμε υποθέσεις σχετικά με τους μηχανισμούς της επιληψίας προκειμένου να διευκρινιστούν οι λεπτομέρειες αυτής της παθολογίας. Αποδείχθηκε ότι η αποκατάσταση της ισορροπίας του χλωρίου στους πυραμιδικούς νευρώνες μπορεί να βοηθήσει να σταματήσει μια επιληπτική επίθεση αποκαθιστώντας την ισορροπία διέγερσης - αναστολής στο δίκτυο των νευρώνων. Ο δεύτερος επόπτης μου, ο Anton Chizhov στο Φυσικο-Τεχνικό Ινστιτούτο στην Αγία Πετρούπολη, έλαβε πρόσφατα επιχορήγηση από το Ρωσικό Ίδρυμα Επιστημών για τη μελέτη της επιληψίας, επομένως αυτή η γραμμή έρευνας θα συνεχιστεί στη Ρωσία.

Σήμερα υπάρχουν πολλές ενδιαφέρουσες εργασίες στον τομέα της υπολογιστικής νευροεπιστήμης. Για παράδειγμα, στην Ελβετία υπάρχει ένα Blue Brain Project, στόχος του οποίου είναι να περιγράψει όσο το δυνατόν περισσότερες λεπτομέρειες ένα μικρό μέρος του εγκεφάλου - τον σωματοαισθητικό φλοιό του αρουραίου, ο οποίος είναι υπεύθυνος για την εκτέλεση κινήσεων. Ακόμη και στον μικρό εγκέφαλο ενός αρουραίου υπάρχουν δισεκατομμύρια νευρώνες και όλοι συνδέονται μεταξύ τους με έναν συγκεκριμένο τρόπο. Για παράδειγμα, στον φλοιό, ένας πυραμιδικός νευρώνας σχηματίζει συνδέσεις με περίπου 10.000 άλλους νευρώνες. Το Blue Brain Project κατέγραψε τη δραστηριότητα περίπου 14.000 νευρικών κυττάρων, χαρακτήρισε το σχήμα τους και ανακατασκεύασε περίπου 8.000.000 συνδέσεις μεταξύ τους. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας ειδικούς αλγόριθμους, συνέδεσαν τους νευρώνες μεταξύ τους με έναν βιολογικά εύλογο τρόπο, ώστε να εμφανιστεί δραστηριότητα σε ένα τέτοιο δίκτυο. Το μοντέλο επιβεβαίωσε τις θεωρητικά ευρεθείσες αρχές οργάνωσης του φλοιού - για παράδειγμα, την ισορροπία μεταξύ διέγερσης και αναστολής. Και τώρα στην Ευρώπη υπάρχει ένα μεγάλο έργο που ονομάζεται Human Brain Project. Πρέπει να περιγράφει ολόκληρο τον ανθρώπινο εγκέφαλο, λαμβάνοντας υπόψη όλα τα δεδομένα που είναι διαθέσιμα σήμερα. Αυτό το διεθνές έργο είναι ένα είδος Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων από τη νευροεπιστήμη, αφού σε αυτό συμμετέχουν περίπου εκατό εργαστήρια από περισσότερες από 20 χώρες.

Οι επικριτές του Blue Brain Project και του Human Brain Project έχουν αμφισβητήσει πόσο σημαντική είναι η τεράστια ποσότητα λεπτομέρειας για την περιγραφή του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου. Για σύγκριση, πόσο σημαντική είναι η περιγραφή του Nevsky Prospekt στην Αγία Πετρούπολη σε έναν χάρτη όπου είναι ορατές μόνο ήπειροι; Ωστόσο, η προσπάθεια συγκέντρωσης ενός τεράστιου όγκου δεδομένων είναι σίγουρα σημαντική. Στη χειρότερη περίπτωση, ακόμα κι αν δεν καταλαβαίνουμε πλήρως πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος, έχοντας φτιάξει ένα τέτοιο μοντέλο, μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε στην ιατρική. Για παράδειγμα, να μελετήσει τους μηχανισμούς διαφόρων ασθενειών και να μοντελοποιήσει τη δράση νέων φαρμάκων.

Στις ΗΠΑ, το έργο μου είναι αφιερωμένο στη μελέτη του νευρικού συστήματος της Ύδρας. Παρά το γεγονός ότι ακόμη και στα σχολικά εγχειρίδια βιολογίας είναι από τα πρώτα που μελετήθηκαν, το νευρικό του σύστημα εξακολουθεί να είναι ελάχιστα κατανοητό. Η Ύδρα είναι συγγενής της μέδουσας, επομένως είναι εξίσου διαφανής και έχει σχετικά μικρό αριθμό νευρώνων - από 2 έως 5 χιλιάδες. Επομένως, είναι δυνατή η ταυτόχρονη καταγραφή της δραστηριότητας από σχεδόν όλα τα κύτταρα του νευρικού συστήματος. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται ένα εργαλείο όπως η «απεικόνιση ασβεστίου». Το γεγονός είναι ότι κάθε φορά που ένας νευρώνας εκκενώνεται, η συγκέντρωση ασβεστίου του μέσα στο κύτταρο αλλάζει. Αν προσθέσουμε μια ειδική βαφή που αρχίζει να λάμπει όταν αυξάνεται η συγκέντρωση ασβεστίου, τότε κάθε φορά που δημιουργείται μια νευρική ώθηση θα βλέπουμε μια χαρακτηριστική λάμψη, με την οποία μπορούμε να προσδιορίσουμε τη δραστηριότητα του νευρώνα. Αυτό επιτρέπει την καταγραφή της δραστηριότητας σε ένα ζωντανό ζώο κατά τη διάρκεια της συμπεριφοράς. Η ανάλυση μιας τέτοιας δραστηριότητας θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε πώς το νευρικό σύστημα της ύδρας ελέγχει την κίνησή της. Οι αναλογίες που προκύπτουν από τέτοιες έρευνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν την κίνηση πιο πολύπλοκων ζώων, όπως τα θηλαστικά. Και μακροπρόθεσμα - στη νευρομηχανική για τη δημιουργία νέων συστημάτων για τον έλεγχο της νευρικής δραστηριότητας.

Για τη σημασία της νευροεπιστήμης για την κοινωνία

Γιατί η νευροεπιστήμη είναι τόσο σημαντική για τη σύγχρονη κοινωνία; Πρώτον, είναι μια ευκαιρία να αναπτυχθούν νέες θεραπείες για νευρολογικές παθήσεις. Πώς μπορείτε να βρείτε μια θεραπεία εάν δεν καταλαβαίνετε πώς λειτουργεί σε επίπεδο ολόκληρου του εγκεφάλου; Ο προϊστάμενός μου στο Παρίσι, ο Μπόρις Γκούτκιν, ο οποίος επίσης εργάζεται στην Ανώτατη Οικονομική Σχολή της Μόσχας, σπουδάζει εθισμό στην κοκαΐνη και το αλκοόλ. Το έργο του είναι αφιερωμένο στην περιγραφή εκείνων των αλλαγών στο σύστημα ενίσχυσης που οδηγούν στον εθισμό. Δεύτερον, πρόκειται για νέες τεχνολογίες - ειδικότερα για νευροπροσθετικές. Για παράδειγμα, ένα άτομο που έμεινε χωρίς χέρι, χάρη σε ένα εμφύτευμα που εμφυτεύεται στον εγκέφαλο, θα μπορεί να ελέγχει τα τεχνητά μέλη. Ο Alexey Osadchiy στο HSE συμμετέχει ενεργά σε αυτόν τον τομέα στη Ρωσία. Τρίτον, μακροπρόθεσμα, πρόκειται για μια είσοδο στην πληροφορική, δηλαδή στην τεχνολογία μηχανικής μάθησης. Τέταρτον, αυτός είναι ο τομέας της εκπαίδευσης. Γιατί, για παράδειγμα, πιστεύουμε ότι τα 45 λεπτά είναι η πιο αποτελεσματική διάρκεια μαθήματος στο σχολείο; Αυτό το ζήτημα ίσως αξίζει να διερευνηθεί καλύτερα χρησιμοποιώντας γνώσεις από τη γνωστική νευροεπιστήμη. Έτσι μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα πώς μπορούμε να διδάσκουμε πιο αποτελεσματικά σε σχολεία και πανεπιστήμια και πώς να προγραμματίζουμε πιο αποτελεσματικά την εργάσιμη ημέρα μας.

Σχετικά με τη δικτύωση στην επιστήμη

Στην επιστήμη το θέμα της επικοινωνίας μεταξύ των επιστημόνων είναι πολύ σημαντικό. Η δικτύωση απαιτεί συμμετοχή σε επιστημονικά σχολεία και συνέδρια για να ενημερώνεστε για την τρέχουσα κατάσταση. Η επιστημονική σχολή είναι ένα τόσο μεγάλο πάρτι: για ένα μήνα βρίσκεσαι ανάμεσα σε άλλους διδακτορικούς φοιτητές και μεταδιδακτορικούς. Κατά τη διάρκεια των σπουδών σας, διάσημοι επιστήμονες έρχονται κοντά σας και συζητούν για τη δουλειά τους. Ταυτόχρονα, εργάζεστε σε ένα μεμονωμένο έργο, και σε εποπτεύει κάποιος πιο έμπειρος. Είναι εξίσου σημαντικό να διατηρείτε μια καλή σχέση με τον διευθυντή σας. Εάν ένας φοιτητής μεταπτυχιακού δεν έχει καλές συστατικές επιστολές, είναι απίθανο να γίνει δεκτός για πρακτική άσκηση. Η πρακτική άσκηση καθορίζει αν θα προσληφθεί για τη συγγραφή της πτυχιακής του εργασίας. Από τα αποτελέσματα της διατριβής - περαιτέρω επιστημονική ζωή. Σε κάθε ένα από αυτά τα στάδια, ζητούν πάντα σχόλια από τον διευθυντή και εάν ένα άτομο δεν λειτούργησε πολύ καλά, αυτό θα γίνει γνωστό αρκετά γρήγορα, επομένως είναι σημαντικό να εκτιμάτε τη φήμη σας.

Όσον αφορά τα μακροπρόθεσμα σχέδια, σκοπεύω να κάνω αρκετά μεταδιδακτορικά πριν βρω μόνιμη θέση σε πανεπιστήμιο ή ερευνητικό εργαστήριο. Αυτό απαιτεί επαρκή αριθμό δημοσιεύσεων, οι οποίες βρίσκονται σε εξέλιξη. Αν όλα πάνε καλά, σκέφτομαι να επιστρέψω στη Ρωσία σε λίγα χρόνια για να οργανώσω το δικό μου εργαστήριο ή επιστημονική ομάδα εδώ.

Ανατόλι Μπούτσιν

Τι σπουδάζει: υπολογιστική νευροεπιστήμη

Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά: παίζει σαξόφωνο και φλάουτο, κάνει γιόγκα, ταξιδεύει πολύ

Σχετικά με την υπολογιστική νευροεπιστήμη

Σχετικά με την επιληψία

Για τη σημασία της νευροεπιστήμης για την κοινωνία

Σχετικά με τη δικτύωση στην επιστήμη

Η νευροβιολογία μελετά το νευρικό σύστημα των ανθρώπων και των ζώων, λαμβάνοντας υπόψη θέματα δομής, λειτουργίας, ανάπτυξης, φυσιολογίας, παθολογίας του νευρικού συστήματος και του εγκεφάλου. Η νευροβιολογία είναι ένα πολύ ευρύ επιστημονικό πεδίο, που καλύπτει πολλούς τομείς, για παράδειγμα, νευροφυσιολογία, νευροχημεία, νευρογενετική. Η νευροβιολογία συνδέεται στενά με τις γνωστικές επιστήμες, την ψυχολογία και έχει ολοένα μεγαλύτερη επιρροή στη μελέτη των κοινωνικο-ψυχολογικών φαινομένων.

Η μελέτη του νευρικού συστήματος γενικά και του εγκεφάλου ειδικότερα μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μοριακό ή κυτταρικό επίπεδο, όταν μελετάται η δομή και η λειτουργία μεμονωμένων νευρώνων, σε επίπεδο μεμονωμένων ομάδων νευρώνων, καθώς και σε επίπεδο μεμονωμένα συστήματα (εγκεφαλικός φλοιός, υποθάλαμος κ.λπ.) και ολόκληρο το νευρικό σύστημα ως σύνολο, συμπεριλαμβανομένου του εγκεφάλου, του νωτιαίου μυελού και ολόκληρου του δικτύου νευρώνων στο ανθρώπινο σώμα.

Οι νευροεπιστήμονες μπορούν να λύσουν εντελώς διαφορετικά προβλήματα και να απαντήσουν, μερικές φορές, στις πιο απροσδόκητες ερωτήσεις. Πώς να αποκαταστήσετε τη λειτουργία του εγκεφάλου μετά από ένα εγκεφαλικό και ποια κύτταρα στον ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό επηρέασαν την εξέλιξή του - όλα αυτά τα ερωτήματα εμπίπτουν στην αρμοδιότητα των νευροεπιστημόνων. Και επίσης: γιατί ο καφές αναζωογονεί, γιατί βλέπουμε όνειρα και αν μπορούν να ελεγχθούν, πώς τα γονίδια καθορίζουν τον χαρακτήρα και τη νοητική μας δομή, πώς η λειτουργία του ανθρώπινου νευρικού συστήματος επηρεάζει την αντίληψη των γεύσεων και των οσμών και πολλά, πολλά άλλα.

Ένας από τους πολλά υποσχόμενους τομείς έρευνας στη νευροβιολογία σήμερα είναι η μελέτη της σύνδεσης μεταξύ συνείδησης και δράσης, δηλαδή πώς η σκέψη της εκτέλεσης μιας ενέργειας οδηγεί στην ολοκλήρωσή της. Αυτές οι εξελίξεις αποτελούν τη βάση για τη δημιουργία θεμελιωδών νέων τεχνολογιών, για τις οποίες δεν έχουμε ιδέα επί του παρόντος, ή εκείνων που αρχίζουν να αναπτύσσονται γρήγορα. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η δημιουργία ευαίσθητων προσθετικών άκρων που μπορούν να αποκαταστήσουν πλήρως τη λειτουργικότητα ενός χαμένου μέλους.

Σύμφωνα με τους ειδικούς, εκτός από την επίλυση «σοβαρών» προβλημάτων, οι εξελίξεις των νευροεπιστημόνων μπορούν σύντομα να χρησιμοποιηθούν για ψυχαγωγικούς σκοπούς, για παράδειγμα, στη βιομηχανία παιχνιδιών υπολογιστών για να γίνουν ακόμα πιο ρεαλιστικές για τον παίκτη, στη δημιουργία ειδικών αθλητικών εξωσκελετών. , καθώς και στη στρατιωτική βιομηχανία.

Τα θέματα προς μελέτη στη νευροβιολογία, παρά την πολλή έρευνα στον τομέα αυτό και το αυξημένο ενδιαφέρον από την επιστημονική κοινότητα, δεν μικραίνουν. Ως εκ τούτου, αρκετές ακόμη γενιές επιστημόνων θα πρέπει να λύσουν τα μυστήρια που βρίσκονται στον ανθρώπινο εγκέφαλο και το νευρικό σύστημα.

Ο νευροεπιστήμονας είναι ένας επιστήμονας που εργάζεται σε έναν από τους τομείς της νευροεπιστήμης. Μπορεί να ασχοληθεί με τη θεμελιώδη επιστήμη, δηλαδή να διεξάγει έρευνα, παρατηρήσεις και πειράματα, διαμορφώνοντας νέες θεωρητικές προσεγγίσεις, βρίσκοντας νέα γενικά πρότυπα που μπορούν να εξηγήσουν την προέλευση συγκεκριμένων περιπτώσεων. Σε αυτή την περίπτωση, ο επιστήμονας ενδιαφέρεται για γενικές ερωτήσεις σχετικά με τη δομή του εγκεφάλου, τα χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης των νευρώνων, μελετά τα αίτια των νευρολογικών παθήσεων κ.λπ.

Από την άλλη πλευρά, ένας επιστήμονας μπορεί να αφοσιωθεί στην πρακτική, αποφασίζοντας πώς να εφαρμόσει γνωστές θεμελιώδεις γνώσεις για την επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων, για παράδειγμα, στη θεραπεία ασθενειών που σχετίζονται με διαταραχές του νευρικού συστήματος.

Καθημερινά, οι ειδικοί αντιμετωπίζουν τα ακόλουθα προβλήματα:

1. πώς ο εγκέφαλος και τα νευρωνικά δίκτυα λειτουργούν σε διαφορετικά επίπεδα αλληλεπίδρασης, από κυτταρικά έως επίπεδα συστήματος.

2. Πώς μπορούν να μετρηθούν αξιόπιστα οι αντιδράσεις του εγκεφάλου;

3. ποιες συνδέσεις, λειτουργικές, ανατομικές και γενετικές, μπορούν να εντοπιστούν στο έργο των νευρώνων σε διαφορετικά επίπεδα αλληλεπίδρασης;

4. ποιοι δείκτες της εγκεφαλικής λειτουργίας μπορούν να θεωρηθούν διαγνωστικοί ή προγνωστικοί στην ιατρική;

5. ποια φάρμακα πρέπει να αναπτυχθούν για τη θεραπεία και προστασία παθολογικών καταστάσεων και νευροεκφυλιστικών νοσημάτων του νευρικού συστήματος.

Πώς να γίνετε ειδικός;

Επιπρόσθετη εκπαίδευση

Μάθετε περισσότερα σχετικά με πιθανά προγράμματα προετοιμασίας σταδιοδρομίας ενώ είστε ακόμα στη σχολική ηλικία.

Βασική επαγγελματική εκπαίδευση

Τα ποσοστά αντικατοπτρίζουν την κατανομή των ειδικών με συγκεκριμένο επίπεδο εκπαίδευσης στην αγορά εργασίας. Οι βασικές εξειδικεύσεις για την κατάκτηση του επαγγέλματος σημειώνονται με πράσινο χρώμα.

Ικανότητες και δεξιότητες

Εργασία με πληροφορίες. Δεξιότητες αναζήτησης, επεξεργασίας και ανάλυσης λαμβανόμενων πληροφοριών
Μια ολοκληρωμένη προσέγγιση για την επίλυση προβλημάτων. Η ικανότητα να βλέπει κανείς ένα πρόβλημα ολοκληρωμένα, στο πλαίσιο και, με βάση αυτό, να επιλέγει την απαραίτητη ομάδα μέτρων για την επίλυσή του
Προγραμματισμός. Ικανότητες σύνταξης κώδικα και διόρθωσης σφαλμάτων
Παρατηρήσεις. Δεξιότητες διεξαγωγής επιστημονικών παρατηρήσεων, καταγραφής των αποτελεσμάτων που προέκυψαν και ανάλυσής τους
Επιστημονικές δεξιότητες. Ικανότητα εφαρμογής γνώσεων στον τομέα των φυσικών επιστημών κατά την επίλυση επαγγελματικών προβλημάτων
Ερευνητικές δεξιότητες. Ικανότητα διεξαγωγής έρευνας, οργάνωσης πειραμάτων, συλλογής δεδομένων
Μαθηματικές δεξιότητες. Ικανότητα εφαρμογής μαθηματικών θεωρημάτων και τύπων κατά την επίλυση επαγγελματικών προβλημάτων
Αξιολόγηση συστήματος. Η δυνατότητα δημιουργίας συστήματος για την αξιολόγηση οποιουδήποτε φαινομένου ή αντικειμένου, επιλογή δεικτών αξιολόγησης και διεξαγωγή αξιολόγησης με βάση αυτούς

Ενδιαφέροντα και προτιμήσεις

Αναλυτική σκέψη. Ικανότητα ανάλυσης και πρόβλεψης μιας κατάστασης, εξαγωγής συμπερασμάτων με βάση τα διαθέσιμα δεδομένα και δημιουργίας σχέσεων αιτίου-αποτελέσματος
Κριτική σκέψη. Ικανότητα κριτικής σκέψης: σταθμίστε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα, τα δυνατά σημεία και τις αδυναμίες κάθε προσέγγισης για την επίλυση ενός προβλήματος και κάθε πιθανό αποτέλεσμα
Μαθηματικές ικανότητες. Ικανότητα στα μαθηματικά και στις ακριβείς επιστήμες, κατανόηση της λογικής των μαθηματικών διατάξεων και θεωρημάτων
Μαθησιακή ικανότητα. Η ικανότητα γρήγορης αφομοίωσης νέων πληροφοριών και εφαρμογής τους σε περαιτέρω εργασία
Αφομοίωση πληροφοριών. Η ικανότητα γρήγορης αντίληψης και αφομοίωσης νέων πληροφοριών
Ευελιξία σκέψης. Η ικανότητα να λειτουργείς με πολλούς κανόνες ταυτόχρονα, να τους συνδυάζεις και να αντλείς το πιο σχετικό μοντέλο συμπεριφοράς
Άνοιγμα σε νέα πράγματα. Ικανότητα να ενημερώνεστε για νέες τεχνικές πληροφορίες και γνώσεις σχετικά με την εργασία
Οραματισμός. Δημιουργία στη φαντασία λεπτομερών εικόνων εκείνων των αντικειμένων που πρέπει να ληφθούν ως αποτέλεσμα της εργασίας
Οργάνωση πληροφοριών. Η ικανότητα οργάνωσης δεδομένων, πληροφοριών και πραγμάτων ή ενεργειών με μια συγκεκριμένη σειρά σύμφωνα με έναν συγκεκριμένο κανόνα ή ένα σύνολο κανόνων
Προσοχή στις λεπτομέρειες. Δυνατότητα συγκέντρωσης σε λεπτομέρειες κατά την ολοκλήρωση εργασιών
Μνήμη. Δυνατότητα γρήγορης απομνημόνευσης σημαντικών ποσοτήτων πληροφοριών

Επάγγελμα σε πρόσωπα

Όλγα Μαρτίνοβα

Αλεξάντερ Σούριν

Το βάρος του εγκεφάλου είναι 3-5% του συνολικού βάρους ενός ατόμου. Και αυτή είναι η μεγαλύτερη αναλογία βάρους εγκεφάλου προς σώμα στο ζωικό βασίλειο.

Μπορείτε να εισέλθετε στο επάγγελμα με τεχνική και μαθηματική εκπαίδευση, καθώς απαιτούνται ολοένα και περισσότερο ειδικοί που γνωρίζουν πολύπλοκες μεθόδους στατιστικής ανάλυσης μεγάλου όγκου δεδομένων και μπορούν να εργαστούν με Big Data.

Οι νευροεπιστήμονες μπορούν να βρουν εργασία σε τμήματα νευρολογίας, νευροψυχιατρικής κ.λπ. Κλινικές και κλινικές της πόλης της Μόσχας. Σε επιστημονικούς οργανισμούς, ειδικοί στον τομέα της νευροβιολογίας θα αυξήσουν το επίπεδο επιστημονικής έρευνας σχετικά με τη λειτουργία του νευρικού συστήματος στην υγεία και τις ασθένειες. στα ιατρικά ιδρύματα θα βελτιώσουν την ποιότητα της διάγνωσης ασθενειών και θα μειώσουν τον χρόνο για τη διενέργεια διαγνώσεων. θα συμβάλει στην ανάπτυξη στρατηγικών προοδευτικής θεραπείας.

Ο εγκέφαλος και το νευρικό σύστημα στο σύνολό του είναι ίσως το πιο περίπλοκο σύστημα στο σώμα. Το 70% του ανθρώπινου γονιδιώματος διασφαλίζει το σχηματισμό και τη λειτουργία του εγκεφάλου. Περισσότεροι από 100 δισεκατομμύρια πυρήνες κυττάρων βρίσκονται στον ανθρώπινο εγκέφαλο, αριθμός που είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των αστεριών στην ορατή περιοχή του διαστήματος.

Σήμερα, οι επιστήμονες και οι γιατροί έχουν μάθει να μεταμοσχεύουν και να αντικαθιστούν σχεδόν κάθε ιστό και οποιοδήποτε όργανο στο ανθρώπινο σώμα. Καθημερινά πραγματοποιούνται πολλές επεμβάσεις μεταμόσχευσης νεφρού, ήπατος, ακόμη και καρδιάς. Ωστόσο, μια επέμβαση μεταμόσχευσης κεφαλής ήταν επιτυχής μόνο μία φορά, όταν ο Σοβιετικός χειρουργός V. Demikhov μεταμόσχευσε ένα δεύτερο κεφάλι σε έναν υγιή σκύλο. Είναι γνωστό ότι διεξήγαγε πολλά παρόμοια πειράματα σε σκύλους και σε μια περίπτωση ένα τέτοιο δικέφαλο πλάσμα έζησε σχεδόν ένα μήνα. Σήμερα, παρόμοια πειράματα γίνονται και σε ζώα· αναζητούνται μέθοδοι για τη σύντηξη του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού κατά τη μεταμόσχευση, που είναι το σημαντικότερο πρόβλημα σε αυτό το είδος επέμβασης, αλλά μέχρι στιγμής οι επιστήμονες απέχουν πολύ από το να πραγματοποιήσουν τέτοιες επεμβάσεις σε του ανθρώπου. Οι μεταμοσχεύσεις κεφαλής ή εγκεφάλου θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους παράλυτους, αυτούς που δεν μπορούν να ελέγξουν το σώμα τους, αλλά το ζήτημα της ηθικής των μεταμοσχεύσεων κεφαλής παραμένει επίσης ανοιχτό.